SESAM | GeniE 实用教程
目 錄
- Blog Links
- 一、前言
- 1.1 Sesam/GeniE
- 1.2 GeniE分析流程
- 1.3 圖形用戶界面
- 1.4 視圖/選擇
- 1.5 幫助文檔
- 二、幾何、結構與網格
- 2.1 Guiding Geometry
- 2.2 Structure
- 2.2.1 直線梁
- 2.2.2 平板
- 2.2.3 圓柱/錐板
- 2.2.4 Free Form Shells
- 2.3 Mesh
- 2.3.1 網格尺寸
- 2.3.2 創建網格
- 2.3.3 網格細化
- 2.3.4 網格鎖定
- 三、屬性
- 3.1 材料屬性
- 3.2 截面屬性
- 3.2.1 梁截面
- 3.2.2 板殼截面
- 3.3 局部軸
- 3.3.1 梁的局部軸
- 3.3.1 板殼的法向
- 3.4 截面偏置
- 3.4.1 梁的偏置
- 3.4.2 板殼偏置
- 3.5 濕表面
- 3.6 水動力參數
- 四、約束
- 4.1 點-面連接
- 4.2 點-面連接
- 4.3 點-面連接
- 五、邊界條件
- 六、荷載
- 4.1 荷載工況
- 4.2 結構自重
- 4.3 設備荷載
- 4.4 顯式荷載
- 4.5 水箱負載
- 4.6 環境荷載
- 4.6.1 點位信息/Location
- 4.6.2 波浪數據
- 4.6.2.1 規則波數據
- 4.6.2.2 一般波數據
- 4.6.3 水流廓線/Current Profile
- 4.6.4 風輪廓線/Wind Profile
- 4.6.5 風潮荷載條件
- 4.6.6 土層參數
- 4.7 荷載組合
- 4.8 荷載顯示
- 七、集合
- 八、命令行和日志
- 九、尾聲
- 十、參考文獻
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水動力分析 實用教程
一、前言
1.1 Sesam/GeniE
??GeniE 是 Sesam 系統中的結構設計分析工具,它的開發由終端用戶對快速建模與強度評估緊密結合的需求所推動。GeniE 支持概念設計、詳細設計和迭代分析。GeniE 能進行水動力分析、樁-土分析和結構分析。GeniE 可作為獨立的分析工具,也可以與其他 Sesam 程序一起在 Sesam Manager(Sesam 的主控制程序)的控制下運行,例如:GeniE 可以為超單元分析創建超單元;GeniE 可以創建固定或浮動結構的板殼模型,以便在 HydroD 中進行后續的穩定性或水動力分析。此外,GeniE 支持自動化建模技術,自動建模的腳本文件基于 JScript 語言創建,JScript 是微軟的一種專門設計用于 Web 頁面中的腳本語言。
Screen dump from GeniE
??在 GeniE 中創建有限元模型,主要用于:結構分析、基于板殼模型的水動力分析、基于 Morison 模型的水動力分析以及基于質量模型的水動力分析。
Sesam Overview
1.2 GeniE分析流程
??在 GeniE 中進行設計分析通常包括以下幾個步驟,如下所示:
| 1 | 確定設計前提 | 通常是單位制、截面庫、網格規則、間隙計算、公差和名稱設置。 |
| 2 | 創建結構模型 | 通過從其他系統導入或使用向導或從頭開始建模。根據結構的復雜性,這通常是最耗時的任務。 |
| 3 | 創建分析工況 | 定義基本工況和荷載組合 載荷工況可能包括溫度荷載、設備自重以及加速度荷載等 For wave load analysis using Wajac relevant attributes should be added to the model. |
??若計算分析在 GeniE 之外進行,如在 HydroD 中分析海上漂浮物/船舶的水動力,則需創建并導出有限元和/或板殼模型。GeniE 會話到此結束,分析工作可以在 Sesam Manager 中繼續進行。對于如導管架等海上固定結構,計算分析可在 GeniE 中進行,分析可能包括波浪載荷和樁土分析。
??For all steps, from modelling through analysis to results viewing and code checking, document your work by saving graphics and tabulated data to MS Word, MS Excel or in html format.
1.3 圖形用戶界面
??GUI 由 6 個主要部分組成:菜單欄、工具欄、瀏覽區、命令行窗口、信息提示區和圖形顯示窗口,如下圖所示。
GeniE 圖形用戶界面
各種菜單
1.4 視圖/選擇
??鼠標左鍵 (LMB) 用于選擇對象(梁、板、支撐點、載荷等),鼠標右鍵 (RMB) 用于旋轉、縮放和平移顯示的模型。
| 平移視圖 | Ctrl + 鼠標右鍵 |
| 旋轉視圖 | 鼠標右鍵 |
| 縮放視圖 | 鼠標中鍵 |
視圖工具欄
Alt + S (僅顯示選中)
Alt + minus (去除選中)
選擇與過濾工具欄
1.5 幫助文檔
??GeniE 使用教程與建模示例可在文件夾 xxx\GeniE Vx.x-xx\Help\Tutorials 中找到,其中,xxx 為軟件的安裝目錄,x.x-xx 為軟件的版本號。雙擊 TutorialsBasicAndCodechecking.html ,則在瀏覽器中打開基礎建模教程,如下圖所示。雙擊TutorialsAdvancedModelling.html ,則會在瀏覽器中打開高級建模教程。
二、幾何、結構與網格
??在 GeniE 中,Guiding Geometry 用于創建幾何,如點、線、面等,Structure 用于創建結構,如梁/樁、板、殼等;Mesh 用于創建有限元模型,執行網格劃分等。;數值模型能進行分析:網格模型、屬性,非特征值分析還需要荷載。
幾何/結構/網格
2.1 Guiding Geometry
??引導幾何是點、線、曲線和平面,目的是幫助創建結構幾何,也稱為概念模型。引導幾何在 GeniE 內部使用,不會轉移到其他程序,如 Sesam 中的分析程序和后處理器。在大多數情況下,引導幾何會簡化結構幾何(概念)建模,尤其是對于大型復雜結構,但也可能會被省略。
導向幾何工具欄
??Guiding Geometry 類似于 ANSYS 中的 Workplane,Abaqus 中的 Sketch,它在 GeniE 中用于輔助定位。結構對象的創建必須依賴于已有的幾何對象,如若創建結構直梁對象,那么,必須存在兩個幾何點,用于定位梁的起點和終點。
??幾何點(Point)是最基本的幾何元素,由點可創建幾何線,進而由線可創建幾何面。按如下方式可根據點的坐標創建幾何點,各坐標值間以空格隔開,如下所示。
幾何點的創建
- JS Command Example
2.2 Structure
??結構幾何體,也被稱為概念模型,由梁、板、殼、支撐、節點和質量點組成。有限元網格劃分將為結構幾何體創建有限元模型。有限元模型(FE model)存儲在 Sesam 接口文件中,它的文件名稱通常為 T#.FEM,其中,# 為數字,默認情況下為 1。這個文件被稱作 FEM 文件,它可被其他 Sesam 程序調用,如波浪載荷計算程序(HydroD)和結構分析程序。在大多數情況下,引導幾何有助于創建結構幾何,但不是必需的。 The structure geometry is augmented with Properties and Loads to make it a complete representation of the structure to be analysed. (The file name is T#.FEM where # is the superelement number. The file is often referred to as a FEM file.)
結構工具欄
2.2.1 直線梁
直梁的創建
- JS Command Example
2.2.2 平板
角點坐標創建平板
- JS Command Example
??CoverCurves 命令創建一個由共面曲線包圍的平板。曲線必須有共同的端點。按順序單擊曲線,然后雙擊最后一條曲線。
閉合曲線創建平板
- JS Command Example
2.2.3 圓柱/錐板
??Circular Cone/Cylinder 命令創建一個圓錐體形式的外殼。在現有幾何圖形中單擊以定位圓錐的軸。對于每個軸端,在彈出的對話框中給出半徑。給出相等的半徑來創建一個圓柱體。
圓柱/圓錐的創建
- JS Command Example
2.2.4 Free Form Shells
Shell工具欄
Create a shell by selecting guide curves, double-click the last
2.3 Mesh
編輯網格工具欄
網格的顯示
2.3.1 網格尺寸
The Create/Edit Mesh property dialog with its Mesh Density and Number of elements tabs
設置面對象的網格密度
2.3.2 創建網格
劃分網格(Alt + M)
有限元網格報告的創建
2.3.3 網格細化
??雙擊網格劃分較差的板,此時板的各邊高亮顯示,選擇一條邊,右鍵 >> Create Feature Edge,激活特征邊選擇模式,選擇創建的特征邊對象,將按數目劃分網格的屬性賦予此特征邊,而后重新劃分網格,如此便能調整網格的精細程度。
網格的細化
2.3.4 網格鎖定
三、屬性
??屬性設置與荷載指定是結構能進行結構分析或流體動力學分析的前提之一。屬性通常指梁的橫截面、板殼厚度、材料屬性以及梁的局部軸方向等。此外,根據分析的不同,可能還需要賦予一些特殊的屬性,例如,導管架分析需要 Hydro 屬性(Morison coefficients and Marine Growth)。
屬性對話框
3.1 材料屬性
新建材料
- JS Command Example
3.2 截面屬性
截面的賦予
- JS Command Example
3.2.1 梁截面
??在 GeniE 中,可用的梁截面類型有:Pipe、Bar、Box、I、L、Channel、I-Unsymmetrical、General 和 Cone 。
新建截面
General Section Properties
| 1 | Area | Beam cross sectional area | 梁的橫截面積 |
| 2 | Ix/IP | Torsional moment of inertia about shear centre | 截面對剪切中心的扭轉慣性矩/截面對剪心極慣性矩 |
| 3 | Iy | Moment of inertia (2nd moment of area) about y-axis | 截面對 y 軸的慣性矩(面積的二階矩) |
| 4 | Iz | Moment of inertia (2nd moment of area) about Z-axis | 截面對 Z 軸的慣性矩(面積的二階矩) |
| 5 | Iyz | Product of inertia about y- and z-axes | 截面對 y 軸和 z 軸的慣性積 |
| 6 | Wx min | Minimum torsional sectional modulus about shear centre | 截面對剪切中心的最小扭轉截面模量/抗扭截面模量 |
| 7 | Wy min | Minimum sectional modulus about y-axis | 截面對 y 軸的最小截面模量/抗彎截面模量 |
| 8 | Wz min | Minimum sectional modulus about z-axis | 截面對 z 軸的最小截面模量/抗彎截面模量 |
| 9 | Shary | Shear area in the direction of y-axis | y 軸方向的剪切面積 |
| 10 | Sharz | Shear area in the direction of z-axis | z 軸方向的剪切面積 |
| 11 | Shceny | Shear centre location y-component | 剪切中心位置 y 分量 |
| 12 | Shcenz | Shear centre location z-component | 剪切中心位置 z 分量 |
| 13 | Sy | Static area moment about y-axis | 截面對 y 軸的靜矩/面積矩 |
| 14 | Sz | Static area moment about z-axis | 截面對 z 軸的靜矩/面積矩 |
| 15 | Wy | Static area moment about y-axis | 截面對 y 軸的塑性截面模量/塑性抗彎截面模量 |
| 16 | Wz | Static area moment about z-axis | 截面對 z 軸的塑性截面模量/塑性抗彎截面模量 |
- JS Command Example
3.2.2 板殼截面
3.3 局部軸
3.3.1 梁的局部軸
The Local System tab is found in both Properties and Edit Beams dialogs 選擇梁 >> 右鍵 >> Edit Beam
??梁的軸線即梁的局部 x 軸為梁的起點指向梁的端點,默認情況下,梁橫截面的局部 z 軸由下列規定確定:對于軸線與整體 Z 軸相平行的梁,局部 z 軸指向整體 Y 軸正方向。對于軸線與整體 Z 軸不平行的梁,局部 z 軸朝上,局部 xoz 平面與整體 XOY 平面垂直。局部 y 軸由右手定則確定,如下圖所示。
Default beam axis system
局部z軸方向的修改
局部x軸方向的修改
3.3.1 板殼的法向
??板/殼(plate/shell)局部 z 軸由右手定則根據創建板/殼時角點的順序確定,創建多邊形平板(plate)時,上述定義是明確的,當通過蒙皮、掃掠和其他方法創建復雜的殼(plate)時,這個定義并不那么容易預測。 在這種情況下,與其對殼局部 z 軸的定義進行冗長的討論,不如僅觀察結果并根據需要時翻轉 z 軸。
局部 z 軸的翻轉
板殼局部 z 軸的顯示
3.4 截面偏置
3.4.1 梁的偏置
3.4.2 板殼偏置
3.5 濕表面
??Wet Surface is available through the Top Dropdown Menu Edit | Properties, from the Browser and from the Context Sensitive Menu under Properties.
??Wet Surface is normally used in connection with Dummy Hydro Pressure, see Load Case, and hydrodynamic pressure loads computed by HydroD.
??濕表面承受水動力(wet surfaces shall receive hydrodynamic loads.)濕表面的法向必須朝向外。
- JS Command Example
3.6 水動力參數
??Hydro Property 對話框可由頂部菜單 Edit ->> Properties 訪問,So-called ‘hydro’ properties are relevant for wave load analysis of frame structures, i.e. running Wajac. The ‘hydro’ properties are tabulated below. Each must be assigned to a part of or the complete structure to take effect.
Hydro properties
| Morison - Constant | A | Mandatory for the wet part [1] | Arbitrary |
| Morison - Global Direction | A | Mandatory for the wet part | Arbitrary |
| Morison - f(Rn; Rough) | B | Mandatory for the wet part | 1 |
| Morison - f(KC; Rough) | B | Mandatory for the wet part | 1 |
| Morison - f(Diameter) | B | Mandatory for the wet part | 1 |
| Morison By Rule | B | Mandatory for the wet part | 1 |
| Air Drag - Constant | A | Mandatory for the dry part when calculating wind loads | Arbitrary |
| Air Drag - f(Rn) | B | Mandatory for the dry part when calculating wind loads | 1 |
| Hydrodynamic Diameter | Optional | Arbitrary | |
| Flooding | Optional | Arbitrary | |
| Marine Growth - Constant | A | Optional | Arbitrary |
| Marine Growth - f(Z) | B | Optional | Arbitrary |
| Element Refinement | Optional | Arbitrary | |
| Buoyancy Area | Optional | Arbitrary | |
| Conductor Shielding | Optional | Arbitrary |
??[1]. Strictly, definition of Morison coefficients may be skipped in which case Wajac sets Cd=0.7 and Cm=2. But as several warnings are printed by Wajac in such case it is normally better to assign the coefficients in GeniE.
??The properties Morison, Air Drag and Marine Growth may all be functions of one or more of the parameters: Reynolds number, Keulegan-Carpenter (KC) number, roughness height, member diameter (including any marine growth) and Z level.
??These methods of definition are categorised as A and B in the table above. One or both of these categories may be used for specifying a certain property but not two specifications of the same category. For example, Morison properties can be specified as both constant and function of diameter but not as functions of both Reynolds number (Rn) and diameter.
??As indicated in the table above, for some properties only one specification is allowed. E.g., two specifications of Morison coefficients as functions of diameter and assigned to different parts of the model is not allowed.
??For the optional properties, see the table above, Wajac will use default data if not specified in GeniE. For example, if no Flooding property is given all members will be non-flooded, i.e. air-filled. And if no Element Refinement property has been assigned a refinement coefficient of 1.0 will be used.
??
四、約束
4.1 點-面連接
4.2 點-面連接
4.3 點-面連接
五、邊界條件
Step 2 - Adjust boundary conditions by selecting it and opening the Properties dialog
Step 3 - Adjust boundary conditions further, the support symbol changes
- JS Command Example
六、荷載
??具有屬性的結構在大多數分析中都受到載荷。(一個例外是特征值——自由振動——與載荷無關的分析。)所謂的顯式載荷是由用戶直接指定的點、線和面載荷。設備荷載可轉換為作用在梁上的線荷載,此外,由于隔間充滿固體或液體物質,因此存在隔間負載。在結構上創建任何載荷前,必須創建一個載荷工況。
荷載下拉菜單
4.1 荷載工況
??Sesam 水動力學分析程序 Wajac 和 HydroD 可能會在 GeniE 運行之后的運行中創建流體動力學載荷,這種情況下,GeniE 中需要某些建模來為此做準備。
創建荷載工況
4.2 結構自重
創建結構自重工況(LC_grav)
在LC_grav工況上施加重力加速度
4.3 設備荷載
??設備用于在靜態分析中對結構施加載荷或在動態分析中對結構添加質量的對象。設備不會增加結構的剛度。創建兩個設備自重工況 LC_eqpm 和 LC_list,其中,LC_eqpm 上施加的設備自重由 GUI 創建,LC_list 上施加的設備自重由外部導入的 xml 文件創建。
創建名稱為Generator的設備自重荷載 在LC_eqpm上施加Generator荷載
??除了以 GUI 方式添加設備自重外,還可采用導入 xml 文件的方式批量創建設備重量列表(weight list),如下圖所示。
weight list xml file
4.4 顯式荷載
??在 GeniE 中,顯式荷載/直接荷載(explicit loads)主要有三種類型:點荷載(Point load)、線荷載(Line load)和面荷載(Surface load)。
點/線/面荷載的施加
4.5 水箱負載
??Compartments are closed volumes with additional information such as content causing internal normal pressure loads and Wet Surface property that identifies surfaces exposed to hydrodynamic loads as computed by HydroD.
4.6 環境荷載
??環境數據描述了風浪流載荷分析時結構所處的環境情況,例如風、海流、波浪和水深,以及重力和水密度等常數。(風-浪-流)環境數據的定義主要包括以下幾個部分:Location、Current profile、Wind profile、Regular wave set 和 Wave load condition。
4.6.1 點位信息/Location
??The location includes:
????(1). In the Air tab: Density and Kinematic viscosity.
????(2). In the Water tab: Density, Kinematic viscosity and Waterline Z (that subtracted by Seabed Z (mudline) gives water depth).
????(3). In the Soil tab: Seabed Z (mudline), Seabed delta (Seabed Scour),
??????soil layers (composed of Soil Clay, Soil Sand, Soil Curves and Soil Data) and
??????Sublayers (subdivision of soil layers for more accurate calculations).
The location dialog
設置Location
- JS Command Example
4.6.2 波浪數據
4.6.2.1 規則波數據
??規則波浪集主要各成份的正/余弦波構成,每個成份的波由周期、高度、相位角和方向角等數據唯一確定。規則波浪集為正/余弦波集合,它定義了結構在使用期間內可能承受的波浪的全部形態(傅里葉級數)。創建規則波浪集后,不需要再指定 Wave Frequencies、Wave Heights、Wave Phases 或 Wave Directions,因為這些數據直接在 “ Regular Wave Set” 對話框中指定。A Regular Wave Set is used for defining a Wave Load Condition.
The Regular Wave Set dialog
- JS Command Example
4.6.2.2 一般波數據
??一般波主要由頻率、方向角、相位角和波高定義,它們的定義如以下各圖所示。
The Frequency Set dialog
The tabs of the Create/Edit Wave Height dialog
The Phase Angles Set dialog
The Create/Edit Direction dialog
4.6.3 水流廓線/Current Profile
定義水流(流速-深度曲線)/The Create/Edit Current Profile dialog
- JS Command Example
4.6.4 風輪廓線/Wind Profile
??New Wind Profile is available by right-clicking the Environment | Air folder in the Browser.
The Create/Edit Wind Profile dialog(風速-高度曲線)
??在 GeniE 中,主要有 5 種 wind profile 計算公式可供選擇,如下:ABS、Extreme、Extreme API 21、General 和 Normal。
4.6.5 風潮荷載條件
??Location 定義了點位的重力加速度、空氣密度、水深等基本信息,波浪數據給出了波浪的基本情況,水流廓線(Current Profile)定義了水深與流速間的關系,風輪廓線(Wind Profile)給出了高度和風速間的關系。以上信息將在風浪荷載條件(Wave Load Condition)中組合起來,用于最終的結構分析。此外,Wave Model,即波浪理論,必須在下表中選擇。
| Airy | linear harmonic wave theory |
| Cnoidal | cnoidal wave theory |
| Stokes5 | Stokes’ 5th order wave theory |
| StreamFunction | Dean’s stream function wave theory, in this case Order must also be set, the maximum value is 24 |
基于規則波數據的新建 Wave Load Condition 對話框
??在 New Wave Load Condition 對話框中選取先前定義的規則波集(波浪數據),并輔以洋流、風和波浪理論,如上圖所示。除了波浪理論之外,還有一個選項 CalmSea ,它通常作為浮力載荷工況作為表中的最后一行添加。除了采用規則波集,新建的 Wave Load Condition 還可基于一般波數據,如下圖所示。所有的波浪方向、波浪頻率和波浪高度都可參與組合。
基于一般波數據的新建 Wave Load Condition 對話框
4.6.6 土層參數
4.7 荷載組合
4.8 荷載顯示
七、集合
創建集合
集合的查看
八、命令行和日志
??The Command Line tab is found at the bottom of the Graphical User Interface (GUI) Introduction. All commands appear here and are also logged in a journal file. This is true whether the commands are given graphically, from the browser, from the dropdown menu, read into GeniE or typed/pasted in the Command Line.
??The scripting language (command lines) is based on the JScript language and enhanced with GeniE commands. The commands are documented in the on-line Help (F1).
??A journal file, optionally with some editing, can be stored and used as an input file in future sessions. This can be a complete input file for creating and analysing a model or merely commands creating part of a model. Company libraries of beam cross sections, equipments, etc. may be established this way and distributed for internal use.
??There are alternative ways of reading a journal file or parts thereof into GeniE:
????- Use File | Read Command File (or File | Recent Command Files)
????- Drag and drop the file anywhere in the GeniE window
????- Copy and paste commands into the Command Line area
??When typing in the Command Line command-line completion (tab completion) is available. Start typing a few characters of a command and hit the Tab key for guidance. In the figure below is shown three stages of typing a command for creating a new beam plus the final command.
Typing a command and getting help by command-line completion
??A command always ends with semicolon ( ; ) and is executed by hitting Enter. Comments may be added after double forward slash (//). Such comments may be added to the same line as a command. Several comment lines may be given in-between slash+asterisk and asterisk+slash. An example of input commands with comments is given below.
// Create beams Bm1 = StraightBeam(Point(10,12,20),Point(10,12,25)); Bm2 = StraightBeam(Point(10,15,20),Point(10,15,25)); // This is beam Bm2 /* Next to do is create beam Bm3. This is the third beam. */ Bm3 = StraightBeam(Point(10,20,20),Point(10,20,25));
腳本的運行
九、尾聲
??以上,便是 Sesam/GeniE 的簡單介紹,因篇幅有限,某些功能未做說明。
??如有疑問,歡迎郵件交流,Email: liyang@alu.hit.edu.cn 。
??謹以此文稍作總結,同時,也希望為后學者提供多一點參考。
??本文僅用于個人學習,除此之外,無其他任何用途。
??因個人水平有限,文中難免有所疏漏,還請各位大神不吝批評指正。
??胸藏文墨懷若谷,腹有詩書氣自華,希望各位都能在知識的 pāo 子里快樂徜徉。
??本文邏輯清楚,內容詳實,引例豐富。
??歡迎大家點贊、評論及轉載,轉載請注明出處!
??為我打call,不如為我打款!
??最后,祝各位攻城獅們,珍愛生命,保護發際線!
十、參考文獻
[1]. GeniE User Documentation
[2]. GeniE/Tutorials in Basics and Code Checking
[3]. GeniE/Tutorials Advanced Modelling
總結
以上是生活随笔為你收集整理的SESAM | GeniE 实用教程的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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